光纖測(cè)量系統(tǒng)中光電探測(cè)器電路設(shè)計(jì)

【摘 要】介紹一種以PIN光電二極管為光電轉(zhuǎn)換器件的探測(cè)器的電路工作原理，對(duì)光電二極管的結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行分析，詳細(xì)分析探測(cè)器接收電路的組成和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該電路可用于光纖測(cè)量?jī)x器儀表中光電轉(zhuǎn)換前端接收放大裝置。

【關(guān)鍵詞】光電探測(cè)器 光電轉(zhuǎn)換 放大電路 PIN

1引言

隨著光纖通信的快速發(fā)展，光纖測(cè)試設(shè)備（光功率計(jì)，光時(shí)域反射儀，光纖故障診斷儀，光衰減器等）的需求也在逐漸增長(zhǎng)[1]。這些儀器設(shè)備是光纖通信系統(tǒng)在日常維護(hù)中是必不可少的。這些儀器設(shè)備內(nèi)部都需要用到光電探測(cè)器電路，光電探測(cè)器及其設(shè)計(jì)優(yōu)良的檢測(cè)電路對(duì)于測(cè)量?jī)x器性能來(lái)說(shuō)尤為重要。

2光電探測(cè)器的應(yīng)用分析

光電感應(yīng)器件又稱光電探測(cè)器。光探測(cè)器就是把光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)。光探測(cè)器通過(guò)感受入射于其上的功率變化，并把這種光脈沖功率的變化轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)變化的電流信號(hào)[2]。目前常用的半導(dǎo)體光探測(cè)器主要有具有本征層的光電二極管（PIN）、雪崩光電二極管（APD）、光電晶體管等，其中前兩種應(yīng)用最為廣泛。其中PIN光電二極管是在P-N結(jié)光電二極管的基礎(chǔ)上，為了得到高速響應(yīng)，通過(guò)減小二極管的PN結(jié)電容，并在大量摻入雜質(zhì)的P型和N型硅片層之間插入高阻抗的本征半導(dǎo)體材料層，從而提高了靈敏度和響應(yīng)速度，其性能指標(biāo)均超過(guò)P-N結(jié)光電二極管，得到了廣泛使用；雪崩光電二極管APD，在同樣負(fù)載條件下，具有高靈敏度，雖然具有內(nèi)增益可大大降低對(duì)前置放大器的要求，但卻需要上百伏的工作電壓；另外，其性能與入射光功率有關(guān)，通常當(dāng)入射光功率在1nW至幾W時(shí)，倍增電流與入射光具有較好的線性關(guān)系，但當(dāng)入射光功率過(guò)大，倍增系數(shù)M反而會(huì)降低，從而引起光電流的畸變。測(cè)量表明，只有當(dāng)入射光功率小于10-5W時(shí)，光電流二次畸變才小于-60dB。并且，其特性隨環(huán)境溫度的變化而變化。因此，PIN光電二極管可作為光功率和光纖故障診斷儀的光電轉(zhuǎn)換器。

3光電探測(cè)器的選擇

目前在光通信上被廣泛采用光波長(zhǎng)為1310nm與1550nm，InGaAs型的PIN光電二極管更適合于此類波長(zhǎng)。以武漢昱升光器件有限公司的YSPD728-G6型號(hào)光電二極管為例。該二極管是具有波長(zhǎng)范圍800-1700nm ，F(xiàn)C/ST/SC三種適配器可更換，響應(yīng)度大于0.85A/W等特點(diǎn)的插拔式同軸探測(cè)器，具有響應(yīng)度高、暗電流小、線性度高、穩(wěn)定度高、FC/ST/SC三種適配器可更換等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)在設(shè)計(jì)光功率計(jì)及光纖故障檢測(cè)儀中帶來(lái)很大的方便。

4 光電探測(cè)器放大電路設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)光電探測(cè)器電路設(shè)計(jì)的測(cè)試，其電路增益達(dá)到100倍以上，電路帶寬50MHz，探測(cè)器靈敏度高，能探測(cè)到微弱的光信號(hào)，如光時(shí)域反射儀需要探測(cè)的背向瑞利散射光信號(hào)，其性能參數(shù)基本達(dá)到光功率計(jì)及光時(shí)域反射儀等光纖測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)需求，具有一定應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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